一種改性納米二氧化硅材料及其制備方法和應(yīng)用
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種改性納米二氧化硅材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。該吸附劑以二氧化硅納米材料為載體表面接枝季銨鹽；該改性的二氧化硅是按照下述步驟制備得到的：將納米二氧化硅放入乙醇，然后加入二甲基十八烷基[3?(三甲氧基硅基)丙基]氯化銨和氨水，回流反應(yīng)后將得到的產(chǎn)物迅速離心分離烘干后得到納米二氧化硅材料。本發(fā)明制備得到的納米材料可以吸附水溶液中的陰離子染料，原材料廉價(jià)易得，制備方法簡(jiǎn)單，能夠快速有效的處理印染廢水，并且可以循環(huán)使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種改性納米二氧化硅材料及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種改性納米二氧化娃材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于納米材料技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)的發(fā)展，水污染問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)重，其中染料廢水是重要的水體污染 源。食品、紡織、印刷、皮革、造紙和塑料等許多行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程排放出大量的染料廢水。由 于染料具有復(fù)雜的芳香結(jié)構(gòu)，其對(duì)光、加熱、氧化劑具有很高的穩(wěn)定性，難以降解。而且染料 對(duì)生物具有很高的毒性，對(duì)人體有致癌作用。因此這些染料廢水必須經(jīng)過(guò)處理才能排放，如 何有效地處理染料廢水就成為了非常重要且亟待解決的問(wèn)題。
[0003] 染料廢水通常通過(guò)物理化學(xué)方法進(jìn)行處理。這些方法包括吸附、絮凝、電解、膜過(guò) 濾、離子交換、高級(jí)氧化、沉降、生物處理和臭氧化處理等方法。然而，這些染料污水處理技 術(shù)通常包含許多缺點(diǎn)，如產(chǎn)生二次污染，費(fèi)用昂貴，效率低下等。在這些方法中吸附法因其 高效，操作簡(jiǎn)便和成本低成為應(yīng)用最多的方法。吸附法通常采用固相物質(zhì)作為吸附劑，如活 性炭、沸石、二氧化硅、工農(nóng)業(yè)廢棄物等。開(kāi)發(fā)更高效、經(jīng)濟(jì)的吸附劑來(lái)處理染料廢水是目前 研究的熱點(diǎn)。
[0004] 近來(lái)納米材料的發(fā)展吸引了人們的注意，納米材料因?yàn)榫哂休^高的比表面積而被 廣泛應(yīng)用。在眾多納米材料中，二氧化硅納米材料具有穩(wěn)定性好、可重復(fù)利用、機(jī)械強(qiáng)度高、 比表面積大、廉價(jià)易得、易于表面修飾等優(yōu)點(diǎn)。但未經(jīng)改性的二氧化硅納米材料其吸附量 小，無(wú)法達(dá)到應(yīng)用要求。精確設(shè)計(jì)的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料包含了功能性的有機(jī)部分與機(jī)構(gòu)性 的無(wú)機(jī)部分，提高了吸附劑的吸附效率與選擇性，所以改性修飾后納米二氧化硅被大量應(yīng) 用于污水處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種改性納米二氧化娃材料，改性二氧化娃納米材料 可用作吸附劑，能夠更有效快速的處理染料廢水；
式中：_為納米二氧化硅。
[0006] 本發(fā)明的目的之二在于提供所述改性納米二氧化硅材料的制備方法，其特征在 于:將納米二氧化硅加入到乙醇溶液中，然后向納米二氧化硅的乙醇溶液中加入二甲基十 八烷基[3-(三甲氧基硅基）丙基]氯化銨和氨水(市售），在60~75°C條件下回流反應(yīng)20~30h 后離心分離，取出固體物質(zhì)烘干后得到改性納米二氧化硅材料，標(biāo)記為Q-SiO2。
[0007] 優(yōu)選的，本發(fā)明所述納米二氧化娃的粒徑為20~40nm。
[0008]優(yōu)選的，本發(fā)明所述納米二氧化硅與乙醇溶液的液固比為15:1~30:1。
[0009]優(yōu)選的，本發(fā)明所述二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化銨在乙醇溶液 中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2~5 wt %，氨水與乙醇溶液的體積比為1:50~1:60。
[0010] 優(yōu)選的，本發(fā)明所述所述離心分離的速度為8000~10000r/min，烘干溫度為50~60 cC。
[0011] 本發(fā)明的目的之三在于將本發(fā)明所述表面改性納米二氧化硅材料用作陰離子染 料吸附劑。
[0012] 本發(fā)明制備得到的吸附劑主要用于吸附染料廢水中的陰離子染料，與現(xiàn)有技術(shù)相 比，具有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)對(duì)陰離子染料有很高的吸附能力，可廣泛用于工業(yè)廢水中染料的凈化和處理。 [0013] ⑵本發(fā)明的改性納米二氧化硅制備方法簡(jiǎn)單，流程短，易于制備，原料廉價(jià)易得。
[0014] (3)本發(fā)明的制備納米結(jié)構(gòu)材料使用性好，無(wú)毒無(wú)害，化學(xué)穩(wěn)定性好，易與水溶液 分離，可循環(huán)使用，對(duì)環(huán)境不造成二次污染。
[0015] (4)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0016] 綜上所述，本發(fā)明的納米材料吸附劑Q-SiO2是一種很有潛力的陰離子染料吸附材 料。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米材料中間體的紅外光譜。
[0018] 圖中：1_二氧化硅納米材料的紅外光譜;2-Q_Si02納米材料的紅外光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于 所述內(nèi)容。
[0020] 實(shí)施例1 本實(shí)施例所述改性納米二氧化硅材料的制備方法，具體包括以下步驟:按液固比為15: 1的比例稱(chēng)取納米二氧化硅(20nm)加入到乙醇溶液中，然后向納米二氧化硅的乙醇溶液中 加入二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化銨和氨水，在60°C條件下回流反應(yīng)20h， 然后在8000r/min下離心分離，取出固體物質(zhì)在50°C下烘干24h，得到改性納米二氧化硅材 料，標(biāo)記為Q-SiO 2;其中，二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化銨在乙醇溶液中的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2 wt %，氨水與乙醇溶液的體積比為1:60。
[0021 ]本實(shí)施例制備得到的改性納米二氧化硅材料的紅外光譜見(jiàn)圖1，從圖1中看到，各 樣品在1638CHT1處的吸收峰對(duì)應(yīng)SiO2中H-O-H的彎曲振動(dòng)吸收峰，在3430 cnf1處的寬峰對(duì) 應(yīng)于-O-H的伸縮振動(dòng)吸收峰，在1110 cnf1處的峰對(duì)應(yīng)于Si-O-Si的伸縮振動(dòng)吸收峰，經(jīng)化學(xué) 改性后，2924和2853 Cnf1處的峰對(duì)應(yīng)于-CH2的伸縮振動(dòng)吸收峰，1383 Cnf1處的峰對(duì)應(yīng)于-CH3的彎曲振動(dòng)吸收峰，從而證明了季銨鹽成功嫁接到了納米二氧化硅表面。
[0022]對(duì)陰離子染料的吸附實(shí)驗(yàn)： 取0.02 g Q-SiO2吸附劑投入初始濃度為50mg/L的IOml二甲酚橙溶液中震蕩拌吸 附I h后，離心分離吸附劑后，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定濾液中剩余染料濃度為4.7 mg/L，吸附率為90.6%;在同等條件下，未改性二氧化硅對(duì)水溶液中染料的吸附率為3.5%。 [0023]將吸附過(guò)染料的吸附劑在2mol/L的氫氧化鈉乙醇溶液中攪拌洗滌3 h，然后用蒸 餾水洗滌吸附劑至PH不再變化，最后將吸附劑在40°C下真空干燥10 h;取上述吸附劑0.02 g投入初始濃度為50mg/L的IOml二甲酚橙溶液中震蕩吸附Ih后，離心分離吸附劑，用紫 外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定濾液中剩余染料濃度為6.6 mg/L，吸附率為86.8%;說(shuō)明本實(shí)施例 制備得到的Q-SiO2是可循環(huán)使用的。
[0024] 實(shí)施例2 本實(shí)施例所述改性納米二氧化娃材料的制備方法，具體包括以下步驟： 按液固比為20:1的比例稱(chēng)取納米二氧化硅(30nm)加入到乙醇溶液中，然后向納米二氧 化硅的乙醇溶液中加入二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化銨和氨水，在70 °C條 件下回流反應(yīng)25h，然后在9000r/min下離心分離，取出固體物質(zhì)在55 °C下烘干24h，得到改 性納米二氧化硅材料，標(biāo)記為Q-SiO2;其中，二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化 銨在乙醇溶液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3.5 wt %，氨水與乙醇溶液的體積比為1:55。
[0025]對(duì)陰離子染料的吸附實(shí)驗(yàn)： 取0.02 g Q-SiO2吸附劑投入初始濃度為50 mg/L的10 ml二甲酚橙溶液中震蕩吸附 Ih后，離心分離吸附劑，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定濾液中剩余染料濃度為4.3 mg/L，吸 附率為91.4%。在同等條件下，未改性二氧化硅對(duì)水溶液中染料的吸附率為3.5%。
[0026]將吸附過(guò)染料的吸附劑在2mol/L的氫氧化鈉乙醇溶液中攪拌洗滌3 h，然后用蒸 餾水洗滌吸附劑至PH不再變化，最后將吸附劑在40°C下真空干燥10 h。取上述吸附劑0.02 g投入初始濃度為50mg/L的IOml二甲酚橙溶液中震蕩吸附Ih后，離心分離吸附劑，用紫 外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定濾液中剩余染料濃度為5.1 mg/L，吸附率為89.8%，說(shuō)明本實(shí)施例 制備得到的Q-SiO2是可循環(huán)使用的。
[0027] 實(shí)施例3 本實(shí)施例所述改性納米二氧化娃材料的制備方法，具體包括以下步驟： 按液固比為30:1的比例稱(chēng)取納米二氧化硅(40nm)加入到乙醇溶液中，然后向納米二氧 化硅的乙醇溶液中加入二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化銨和氨水，在75 °C條 件下回流反應(yīng)30h，然后在10000r/min下離心分離，取出固體物質(zhì)在60°C下烘干24h，得到改 性納米二氧化硅材料，標(biāo)記為Q-SiO 2;其中，二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化 銨在乙醇溶液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5 wt %，氨水與乙醇溶液的體積比為1:50。
[0028]對(duì)陰離子染料的吸附實(shí)驗(yàn)： 取0.02 g Q-SiO2吸附劑投入初始濃度為50 mg/L的10 ml二甲酚橙溶液中震蕩吸附 Ih后，離心分離吸附劑，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定濾液中剩余染料濃度為3.1 mg/L，吸 附率為93.8%。在同等條件下，未改性二氧化硅對(duì)水溶液中染料的吸附率為3.5%。
[0029]將吸附過(guò)染料的吸附劑在2mol/L的氫氧化鈉乙醇溶液中攪拌洗滌3 h，然后用蒸 餾水洗滌吸附劑至PH不再變化，最后將吸附劑在40°C下真空干燥10 h。取上述吸附劑0.02 g投入初始濃度為50mg/L的IOml二甲酚橙溶液中震蕩吸附Ih后，離心分離吸附劑，用紫 外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定濾液中剩余染料濃度為4.4 mg/L，吸附率為91.2%，說(shuō)明本實(shí)施例 制備得到的Q-SiO2是可循環(huán)使用的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改性納米二氧化娃材料，其特征在于:其結(jié)構(gòu)式為：2. 權(quán)利要求1所述改性納米二氧化娃材料的制備方法，其特征在于:將納米二氧化娃加 入到乙醇溶液中，然后向納米二氧化硅的乙醇溶液中加入二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅 基)丙基]氯化銨和氨水，回流反應(yīng)后離心分離，取出固體物質(zhì)烘干后得到改性納米二氧化 娃材料，標(biāo)記為Q _S i 〇2。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸附陰離子染料的納米材料的制備方法，其特征在于:納米二 氧化娃的粒徑為20~40nm〇4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述改性納米二氧化娃材料的制備方法，其特征在于:納米二氧化娃 與乙醇溶液的液固比為15:1~30:1。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述改性納米二氧化硅材料的制備方法，其特征在于:二甲基十八烷 基[3_(三甲氧基硅基)丙基]氯化銨在乙醇溶液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2~5 wt %，氨水與乙醇溶 液的體積比為1:50~1:60。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸附陰離子染料的納米材料的制備方法，其特征在于:所述離 心分離的速度為8000~10000r/min，烘干溫度為50~60°C。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸附陰離子染料的納米材料的制備方法，其特征在于：回流反 應(yīng)的條件為:60~75°C條件下回流反應(yīng)20~30h。8. 權(quán)利要求1~7任意一項(xiàng)所述表面改性納米二氧化硅材料用作陰離子染料吸附劑。
【文檔編號(hào)】B01J20/30GK106040180SQ201610507896
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月1日
【發(fā)明人】張利波, 張耕瑋, 王仕興, 崔維, 付立康, 廖雪峰
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)